連續油管模擬培訓系統的開發與應用

祖 健

(中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司 天津300452)

0 引 言

連續油管模擬培訓系統是利用計算機模擬技術、計算機圖形技術和虛擬現實技術開發的一套全尺寸模擬培訓系統。該系統能夠模擬連續油管作業過程中的各種工況，將各種可能發生的事故以及專家的經驗，加入到培訓系統中，通過故障預埋，人為設置故障，同步顯示相關數據和參數的變化，全方位訓練操作人員。由于系統采用虛擬現實技術構建一個真實感極強的視覺環境，讓學員有身臨其境的感覺。及配套軟件系統構成(圖1)，其操作控制臺與連續油管真實設備十分相似。設備面板的布局、操作方式、參數顯示與實際產品完全一致。硬件控制采用工業級PLC實現，最大程度保證了設備的可靠性。

1 模擬培訓系統組成

該系統由連續油管操作臺、顯示系統、圖形系統

2 參數軟件

參數軟件為學員提供了設備配置、工具配置、狀態監控、數據監控、曲線視圖、壽命曲線、單位選擇、操作命令等功能。

2.1 設備配置

設備配置展示了井場的管匯流向，在作業開始前必須導通管匯，才能進行作業。點擊設備能查看設備基本信息，管匯上閥門都能進行開關操作(圖2)。

2.2 工具配置

工具配置模擬了井下工具串的配置(圖3)，學員通過手動選配正確的工具串才能開始作業，點擊工具名稱能夠查看工具的基本信息。

2.3 數據監控

數據監控實時展示作業中的實時數據，包括流體速度、油管深度、井口壓力、循環壓力等，精確反應這些物理參數之間的關系，達到與實際連續油管作業相同的效果(圖4)。

3 圖形軟件

圖形軟件展示了連續油管場景以及連續油管作業設備的靜態和動態情況。對動態部件控制器的操作所引起的相應變化均會在顯示屏上展示相應的效果，利用虛擬現實技術構造逼真的感知環境，采用與操作工況同步的三維動畫，結合仿真的現場音效，給人以身臨其境的感受(圖5)。

4 主控軟件

主控軟件包含了快照管理、學員管理、成績管理、硬件自檢、硬件校正、參數監控、曲線顯示等功能，可以對井深結構、井下管柱、流體參數等進行配置(圖6)。

5 事故處理

本系統可模擬的連續油管事故包括：防噴盒刺漏、連續油管刺漏、連續油管斷裂、連續油管擊毀、連續油管失速、連續油管遇卡、動力系統失效，學員可在模擬機上進行應急處理操作。教師可以在學生訓練過程中，隨時引入連續油管作業過程中常見事故。學生通過參數及圖形程序的變化來發現事故、判斷事故(圖7)。

6 結 語

通過對連續油管模擬培訓系統的開發，在系統上的反復演練，學員可以掌握、熟悉設備的操作要領和技術規范，提高對各種事故判斷能力和處理能力，減少人為事故的發生，同時也可以降低培訓成本，提高培訓效率。■